不可逆過程課件

循環(huán)過程：課前復(fù)習(xí)熱機(jī)效率：制冷系數(shù)：卡諾？循環(huán)過程：課前復(fù)習(xí)熱機(jī)效率：制冷系數(shù)：卡諾？熱力學(xué)第一定律：一切熱力學(xué)過程都應(yīng)滿足能量守恒。但滿足能量守恒的過程是否一定都能進(jìn)行?熱力學(xué)第二定律：滿足能量守恒的過程不一定都能進(jìn)行!過程的進(jìn)行還有個(gè)方向性的問題。問題:熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第一定律：一切熱力學(xué)過程都應(yīng)滿足能量守恒。但滿足能量守3.4.1自然過程的方向

重物下落，功全部轉(zhuǎn)化成熱而不產(chǎn)生其他變化，可自然進(jìn)行。

水冷卻使葉片旋轉(zhuǎn)，從而提升重物，則不可能自然進(jìn)行?！ぁに~片重物重物絕熱壁焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)凡符合熱力學(xué)第一定律的過程---即符合能量守恒的過程是否都能實(shí)現(xiàn)呢？3.4.1自然過程的方向重物下落，功全部轉(zhuǎn)化成熱而熱量自動(dòng)從低溫物體傳到高溫物體不可能高溫低溫自動(dòng)

氣體自由膨脹是可以自動(dòng)進(jìn)行的,但自動(dòng)收縮的過程誰也沒有見到過。

“一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的自然過程都是不可逆的，都存在一定的方向性

----存在著時(shí)間箭頭”熱量自動(dòng)從低溫物體傳到高溫物體不可能高溫低溫自動(dòng)氣體自由膨

生命過程就是不可逆的:

出生“今天的你我怎能重復(fù)過去的故事!”

童年

少年

青年

中年

老年

年華易逝，且學(xué)且珍惜落葉永離，覆水難收。生命過程就是不可逆的:出生“今天的你我童年少年青年6過程的唯一效果能否發(fā)生熱功轉(zhuǎn)換功熱功熱√

熱傳導(dǎo)高溫?zé)崃康蜏馗邷責(zé)崃康蜏亍?/p>

氣體擴(kuò)散分離混合分離混合√

一些自然過程的方向：全部全部6過程的唯一效果能否發(fā)生熱功轉(zhuǎn)換功熱功熱√熱傳導(dǎo)高溫?zé)崃康?

3.4.2

熱力學(xué)第二定律及其微觀意義

一.熱力學(xué)第二定律的表述1.克勞修斯(Clausius)表述:熱量不能自動(dòng)地從低溫物體傳向高溫物體

克勞修斯（clausius，1850）或說“其唯一效果為熱量從低溫物體傳向高溫物體的過程是不可能發(fā)生的”Q

T1（高）

T2（低）73.4.2熱力學(xué)第二定律及其微觀意義一.熱力學(xué)第二定82.開爾文(Kelvin)表述:其唯一效果為熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ倪^程是不可能的熱機(jī)是把熱轉(zhuǎn)變成了功,但還有其它變化(還有些熱量從高溫?zé)嵩磦鹘o了低溫?zé)嵩?開爾文（Kelvin，1851）熱機(jī)是否違反開爾文表述？82.開爾文(Kelvin)表述:熱機(jī)是把熱轉(zhuǎn)變成了功,但還9第二類永動(dòng)機(jī)又稱單熱源熱機(jī)，其效率

=1，即熱量全部轉(zhuǎn)變成功。（前人卡諾給他打下了基礎(chǔ)）A

=QQT第二類永動(dòng)機(jī)另一種開氏表述是“不存在第二類永動(dòng)機(jī)”9第二類永動(dòng)機(jī)又稱單熱源熱機(jī)，其效率=1，即熱量全部轉(zhuǎn)10理想氣體等溫膨脹過程不是把熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?？是把熱全部變成了功，但伴隨了其它變化(系統(tǒng)體積膨脹）A=QV1

TQV2

10理想氣體等溫膨脹過程不是把熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?？是把熱全?1二.兩種表述的等價(jià)性

1.若克氏表述成立，則開氏表述亦成立。反證法：克氏表述成立開氏表述成立等價(jià)設(shè)開氏表述不成立則克氏表述不成立A=Q1T1Q1

T1T2Q2Q1+Q2

T2

Q2Q1T1A11二.兩種表述的等價(jià)性1.若克氏表述成立，則開氏表述122.若開氏表述成立，則克氏表述也成立。反證法：設(shè)克氏表述不成立T1T2Q2Q1+Q2Q2A=Q1等價(jià)Q1T1A則開氏表述不成立T1T2Q2克氏表述成立開氏表述成立122.若開氏表述成立，則克氏表述也成立。反證法：設(shè)克氏13[例]試證明在p

V圖上任意物質(zhì)的一條等溫線和一條絕熱線不能相交兩次。證：用反證法，設(shè)等溫線和絕熱線能相交兩次。絕熱線（等S線）等溫線QA=QpV

則如圖示，可構(gòu)成一個(gè)單熱庫(kù)熱機(jī)，從而違反熱力學(xué)第二定律的開氏表述，故假設(shè)不成立。13[例]試證明在pV圖上任意物質(zhì)的一條等溫線和一條143.4.3過程的可逆性一.定義1.可逆過程（reversibleprocess）：可逆過程是這樣一種過程,它的每一步都可以沿相反的方向進(jìn)行,而當(dāng)系統(tǒng)沿相反的方向回到原狀態(tài)時(shí),外界也恢復(fù)到原狀態(tài)。(即系統(tǒng)和外界都復(fù)原)如不可能使系統(tǒng)和外界都完全復(fù)原，則此過程叫做不可逆過程。

為什么一切自然過程(實(shí)際過程)都是不可逆過程？有摩擦損耗非準(zhǔn)靜態(tài)過程

143.4.3過程的可逆性一.定義1.可逆過程（reve15

二．可逆過程的重要特征

摩擦是功變熱的過程，它肯定是不可逆的；非準(zhǔn)靜態(tài)過程也是不可逆的：無摩擦+準(zhǔn)靜態(tài)

因?yàn)榉庆o態(tài)過程的中間態(tài)（一般是非平衡態(tài)）非常復(fù)雜,沒有統(tǒng)一的狀態(tài)參量,這種過程沿反方向進(jìn)行時(shí),每一步都做到是原來沿正方向進(jìn)行時(shí)的重演是不可能的?？赡孢^程是比準(zhǔn)靜態(tài)過程更加理想化的過程，有重要的理論意義與實(shí)際意義。15二．可逆過程的重要特征摩擦是功變熱的16可逆過程的例子：一粒粒地放上極小極小的細(xì)沙粒，無摩擦絕熱活塞絕熱缸壁恒溫?zé)嵩碩（1）可逆等溫壓縮一粒粒地取走沙粒，系統(tǒng)和外界都復(fù)原?。?）可逆絕熱壓縮無摩擦+準(zhǔn)靜態(tài)有一條不滿足就是不可逆絕熱壓縮！無摩擦+準(zhǔn)靜態(tài)16可逆過程的例子：一粒粒地放上極小極小的細(xì)沙粒，無摩擦絕熱堂上小議（1）可逆過程一定是準(zhǔn)靜過程；（2）準(zhǔn)靜過程一定是可逆過程；（3）不可逆過程一定找不到另一個(gè)過程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原；（4）非準(zhǔn)靜過程一定是不可逆過程。請(qǐng)?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對(duì)的答案判斷下列說法中哪一種是不正確的隨堂小議堂上小議（1）可逆過程一定是準(zhǔn)靜過程；（2）準(zhǔn)靜過程一定是可小議鏈接1（1）可逆過程一定是準(zhǔn)靜過程；（2）準(zhǔn)靜過程一定是可逆過程；（3）不可逆過程一定找不到另一個(gè)過程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原；（4）非準(zhǔn)靜過程一定是不可逆過程。請(qǐng)?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對(duì)的答案判斷下列說法中哪一種是不正確的隨堂小議小議鏈接1（1）可逆過程一定是準(zhǔn)靜過程；（2）準(zhǔn)靜過程一定是小議鏈接2（1）可逆過程一定是準(zhǔn)靜過程；（2）準(zhǔn)靜過程一定是可逆過程；（3）不可逆過程一定找不到另一個(gè)過程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原；（4）非準(zhǔn)靜過程一定是不可逆過程。請(qǐng)?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對(duì)的答案判斷下列說法中哪一種是不正確的隨堂小議小議鏈接2（1）可逆過程一定是準(zhǔn)靜過程；（2）準(zhǔn)靜過程一定是小議鏈接3（1）可逆過程一定是準(zhǔn)靜過程；（2）準(zhǔn)靜過程一定是可逆過程；（3）不可逆過程一定找不到另一個(gè)過程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原；（4）非準(zhǔn)靜過程一定是不可逆過程。請(qǐng)?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對(duì)的答案判斷下列說法中哪一種是不正確的隨堂小議小議鏈接3（1）可逆過程一定是準(zhǔn)靜過程；（2）準(zhǔn)靜過程一定是（1）可逆過程一定是準(zhǔn)靜過程；（2）準(zhǔn)靜過程一定是可逆過程；（3）不可逆過程一定找不到另一個(gè)過程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原；（4）非準(zhǔn)靜過程一定是不可逆過程。請(qǐng)?jiān)诜庞碃顟B(tài)下點(diǎn)擊你認(rèn)為是對(duì)的答案判斷下列說法中哪一種是不正確的隨堂小議小議鏈接4（1）可逆過程一定是準(zhǔn)靜過程；（2）準(zhǔn)靜過程一定是可逆過程；22（以氣體自由膨脹為例來說明）

一.微觀狀態(tài)與宏觀狀態(tài)

表示左，右中各有多少個(gè)分子

----稱為宏觀狀態(tài)表示左，右中各是哪些分子

----稱為微觀狀態(tài)AB將隔板拉開后,氣體自由膨脹§3.4.4熱二律的統(tǒng)計(jì)意義22（以氣體自由膨脹為例來說明）一.微觀狀態(tài)與宏觀狀態(tài)表23左4，右0的宏觀態(tài)，微觀狀態(tài)數(shù)1左3，右1的宏觀態(tài)，微觀狀態(tài)數(shù)4左1，右3的宏觀態(tài)，微觀狀態(tài)數(shù)4左0，右4的宏觀態(tài)，微觀狀態(tài)數(shù)1左2，右2的宏觀態(tài)，微觀狀態(tài)數(shù)623左4，右0的宏觀態(tài)，微觀狀態(tài)數(shù)1左3，右1的宏觀態(tài)，左245種宏觀態(tài)相應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目分布圖

左4右0

左3右1

左2右2

左1右3

左0右40123456統(tǒng)計(jì)理論的“等概率”基本假設(shè)：對(duì)于孤立系統(tǒng),各微觀狀態(tài)出現(xiàn)的概率是相同的。對(duì)應(yīng)微觀狀態(tài)數(shù)目越多的宏觀態(tài),

其出現(xiàn)的概率越大。245種宏觀態(tài)相應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目分布圖左4右0左325與平衡態(tài)的微小偏離，就是漲落（始終存在）兩邊粒子數(shù)相同時(shí)概率最大，對(duì)應(yīng)于平衡態(tài)若

N

=1023總微觀狀態(tài)數(shù)16:5種宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率為(已歸一)

左4右0

和左0右4

概率各為1/16；

左3右1

和左1右3

概率各為4/16；

左2右2

概率為6/16（出現(xiàn)概率最大）。對(duì)應(yīng)于微觀狀態(tài)數(shù)最多的宏觀態(tài)就是系統(tǒng)的平衡態(tài)N=1023概率N/2Nn25與平衡態(tài)的微小偏離，就是漲落（始終存在）兩邊粒子數(shù)相同時(shí)26

某一宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀狀態(tài)數(shù)目，叫該宏觀態(tài)的熱力學(xué)概率，用

表示

討論：全部分子自動(dòng)收縮到左邊的宏觀態(tài)出現(xiàn)的熱力學(xué)概率是多少？當(dāng)分子數(shù)N=NA(1摩爾)時(shí),二.熱力學(xué)概率

:全部分子自動(dòng)收縮到左邊的宏觀態(tài)原則上雖然可以出現(xiàn)，但實(shí)際上不可能出現(xiàn)！當(dāng)分子數(shù)N

=4時(shí),

(已歸一化)26某一宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀狀態(tài)數(shù)目，討論：全部分子自動(dòng)收27例.用鉛字隨機(jī)排版，寫出一百萬字的小說可能嗎？

熱二律（自然過程的方向性）的定量表述:“熱力學(xué)概率

總是沿增大的方向發(fā)展”?！热糠肿幼詣?dòng)收縮到左邊的概率還大得多得多！孤立系統(tǒng)總是從非平衡態(tài)向平衡態(tài)過渡27例.用鉛字隨機(jī)排版，寫出一百萬字的小說可能嗎？熱二律（28三.熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義平衡態(tài)—

最概然態(tài)非平衡態(tài)非平衡態(tài)平衡態(tài)自發(fā)

“

一個(gè)孤立系統(tǒng)其內(nèi)部自發(fā)進(jìn)行的過程，總是由熱力學(xué)概率小的宏觀態(tài)向熱力學(xué)概率大的宏觀態(tài)過渡”——熱二律的統(tǒng)計(jì)意義28三.熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義平衡態(tài)—最概然態(tài)非平衡29功→熱：有序運(yùn)動(dòng)→熱運(yùn)動(dòng)熱傳導(dǎo)：速度分布無序性增加自由膨脹：空間分布無序性增加所以，自然過程（不可逆過程）總是沿著無序性增加（熵增加）的方向進(jìn)行。熵增加熱力學(xué)第二定律是個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，它只適用于大量分子的系統(tǒng)。對(duì)于不可逆過程，例如：29功→熱：有序運(yùn)動(dòng)→熱運(yùn)動(dòng)熱傳導(dǎo)：速度分布無序性增加自由膨30自然界中發(fā)生的熱力學(xué)過程都是有方向性的，如：熱傳導(dǎo)、氣體自由膨脹、擴(kuò)散等。判斷前一個(gè)不可逆過程方向的標(biāo)準(zhǔn)是溫度的高低，判斷后一個(gè)不可逆過程的標(biāo)準(zhǔn)是分子密度的大小。這樣，對(duì)不同的過程就有不同的標(biāo)準(zhǔn)來判斷。為了把判斷不可逆過程方向的